Конфигурация подводящего канала для корпуса улитки центробежного насоса, фланцевый элемент, корпус улитки для центробежного насоса и центробежный насос
Группа изобретений относится к подводящему каналу (12) для корпуса улитки центробежного насоса. Канал (12) содержит первый конец (54) c первым внутренним диаметром D1 и второй конец (58) со вторым внутренним диаметром D2. Диаметр D2 меньше, чем диаметр D2. Между первым концом (54) и вторым концом (58) расположена переходная секция (56). Канал (12) имеет первый участок (50) канала с поверхностью (50’) и диаметром D1 и кольцевую поверхность (S) с выпуклой кривизной, соединяющуюся под углом с поверхностью (50’) первого участка (50). Угол находится в диапазоне 90-110° между поверхностью (50’) участка (50) и касательной к поверхности (S) с выпуклой кривизной. Касательная имеет точку касания в пересечении (ℓ1) поверхности (50’) и поверхности (S) с выпуклой кривизной. Поверхность (S) сокращает площадь проходного сечения от диаметра D1 к диаметру D2, а диаметр D1 выбран соответствующим первому, имеющемуся в стандарте диаметру трубопровода, большему, чем диаметр D2. Изобретения направлены на создание центробежного насоса, имеющего минимальные отклонения удельных скоростей всасывания и улучшенные рабочие характеристики за счет усовершенствованной формы подводящего канала, и облегчение крепления насоса к впускному трубопроводу без ущерба для профиля потока. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[001] Данное изобретение относится к новой конфигурации подводящего канала для корпуса улитки центробежного насоса, фланцевому элементу, корпусу улитки для центробежного насоса и центробежному насосу. Данное изобретение относится, в частности, к новому корпусу улитки, обеспечивающему, по существу, постоянную удельную скорость всасывания для разных насосов семейства центробежных насосов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Основными компонентами центробежного насоса, влияющими на его параметры перекачивания, являются рабочее колесо, корпус улитки и - особенно - его подводящий канал, проводящий перекачиваемую среду к рабочему колесу. Существуют рабочие колеса в основном трех типов. Так называемая открытое рабочее колесо, в общем случае состоящее из ступицы и рабочих лопаток, подсоединенных к ступице. Ступица снабжена центральным отверстием для крепления рабочего колеса к валу насоса. Если ступица продолжается радиально наружу посредством так называемого заднего диска или экрана, на который задними кромками располагают рабочие лопатки, то рабочее колесо называют полуоткрытым рабочим колесом, т.е. передние кромки рабочих лопаток свободны или открыты. Если передние кромки рабочих лопаток прикреплены также к диску - так называемому переднему диску или экрану, то рабочее колесо называют закрытым рабочим колесом.
[003] Корпус улитки обычно содержит подводящий канал, переднюю стенку, следующую в направлении потока перекачиваемой среды по подводящему каналу и продолжающуюся радиально наружу, по существу, следуя формам передних кромок рабочих лопаток или переднего экрана рабочего колеса, и улитку. Как правило, поперечное сечение улитки в осевой плоскости увеличивается в окружном направлении вращения рабочего колеса вплоть до отверстия выкидного патрубка или нагнетательного патрубка, который является более или менее тангенциальным. Корпус улитки прикреплен к задней стенке или крышке корпуса насоса и образует вместе с задней стенкой или крышкой корпуса насоса камеру или полость, предназначенную для заключения в ней, по меньшей мере, одного рабочего колеса, обычно - с радиальным или косым потоком, установленного на валу для вращения, когда привод осуществляет электродвигатель. Вал опирается внутри корпуса насоса на подшипники, а для уплотнения вала относительно корпуса насоса предусмотрено уплотнение, такое, как механическое уплотнение или набивной сальник.
[004] Рабочее колесо вращается вокруг оси вращения в насосной полости, образованной между передней стенкой, улиткой и тыльной или задней стенкой насоса, для перекачивания среды и выпуска этой среды из насоса через нагнетательный патрубок или выкидную трубу. Выкидная труба может быть расположена тангенциально к корпусу улитки или расположена радиально за счет того, что предусмотрено так называемое S-образное колено. Точка, где нагнетаемый поток выделяется из потока, продолжающего свою циркуляцию в корпусе улитки, называется водорезом. Центробежные насосы обычно являются одноступенчатыми насосами, но в некоторых приложениях используются и двухступенчатые насосы.
[005] Существуют два распространенных типа корпусов улиток, т.е., с односторонним всасыванием и с двухсторонним всасыванием. В случае конструкции с односторонним всасыванием, жидкость всасывается с одной осевой стороны насоса и выкачивается из насоса радиально или тангенциально. В случае конструкции с двухсторонним всасыванием, насос всасывает жидкость с обеих противоположных осевых сторон насоса, а выкачивается она из насоса радиально или тангенциально.
[006] Поскольку центробежный насос может быть рассчитан на оптимальную работу только в определенном, существенно узком диапазоне рабочих характеристик (напора, производительности), каждая фирма-изготовитель насосов проектирует семейство насосов (см. фиг. 8), так что потребитель в состоянии найти подходящий насос для всех своих потребностей перекачивания.
Насосы такого семейства имеют одну и ту же базовую конструкцию, и только размеры корпусов улиток и рабочих колес изменяются, т.е., базовый насос тиражируется с некоторой номенклатурой разных типоразмеров.
[007] Когда центробежный насос соединен со впускным трубопроводом, почти всегда существует разница в диаметрах между впускным трубопроводом и впускным отверстием на границе между подводящим каналом и передней стенкой насоса, через которую перекачиваемая среда вводится в эффективную площадь рабочего колеса. Эта разница в диаметрах возникает по двум причинам: 1) металлические трубы, используемые для переноса перекачиваемых сред в промышленных процессах, изготавливаются в соответствии с международными стандартами на трубопроводы, и 2) требования к рабочим характеристикам центробежного насоса, т.е. желаемые напор и производительность, диктуют диаметр впускного отверстия центробежного насоса. Поскольку размеры центробежного насоса, включая расчетный диаметр впускного отверстия, проектируют оптимальными для желаемых напора и производительности, весьма редко случается, что диаметр впускного отверстия совпадает с диаметром трубопровода.
[008] Эти два диаметра обычно делают совпадающими, предусматривая надлежащее уменьшение или увеличение диаметра подводящего канала насоса таким образом, что диаметр на первом конце подводящего канала, т.е. диаметр впускного фланца, совпадает с диаметром впускного трубопровода, а диаметр на втором конце подводящего канала - с расчетным диаметром впускного отверстия. Поэтому общепринятой практикой стало формирование подводящего канала, по существу, конической формы в корпусе улитки перед рабочим колесом. Когда подводящий канал сужается в направлении потока, поток ускоряется перед тем, как его вводят в эффективную площадь рабочего колеса. А когда подводящий канал расширяется в направлении потока, поток замедляется. Потери потока возникают в обоих случаях, хотя в последнем случае эти потери значительно выше, чем в первом. Величина потерь зависит от размеров конического подводящего канала. Таким образом, семейство насосов состоит из насосов разных типоразмеров, при этом в некоторых насосах поток ускоряется, а в некоторых других насосах - замедляется перед тем, как его вводят в эффективную площадь рабочего колеса. Для потребителя насоса важно знать величину потерь потока в насосе, чтобы иметь возможность выбрать уплотненный насос для своего приложений. Поскольку сами потери потока в насосе могут быть очень хорошо известными, именно заменяемая или изменяемая конструкция канала всасывания или подводящего канала является проблематичной и затрудняет предсказание источника потерь потока.
[009] Удельная скорость всасывания (УСВ) - это параметр, используемый при характеристике работы центробежного насоса. Этот параметр используют, чтобы увидеть, будут ли проблемы с кавитацией на стороне всасывания время эксплуатации насоса. На практике, форма и размеры подводящего канала вносят значительный вклад в фактическое значение УСВ. Удельная скорость всасывания подробнее рассмотрена, например, в http://www.pumpingmachinery.com/pump magazine/pump articles/article 03/article 03.htm. Значение для УСВ можно вычислить по формуле
где N - скорость вращения (обороты в минуту), Q - производительность насоса (кубические метры в секунду), а ДКЗТ - допустимый кавитационный запас, требуемый насосом (метры), обычно вычисляемый в точке наивысшего кпд (ТНК). Как можно заметить, рассматриваемый здесь параметр УСВ вычисляется в единицах системы СИ.
[0010] Таким образом, каждый насос имеет свою характеристическую УСВ. И, естественно, УСВ всех насосов или типоразмеры насосов семейства насосов должны быть как можно ближе друг к другу. В случае, когда есть значительные отклонения в УСВ разных насосов или типоразмерах разных насосов, будет трудно определить, какой насос является оптимальным для определенного приложения. Например, если УСВ согласно определенному типоразмеру насоса ниже, чем УСВ согласно другим типоразмерам насосов, это означает, что кавитационный запас выше, вследствие чего насос, о котором идет речь, нельзя использовать в приложении, требующем низкого кавитационного запаса, так что приходится выбирать больший и более дорогой насос.
[0011] При использовании подводящего канала конической формы для согласования центробежного насоса со впускным трубопроводом, подводящий канал будет больше или меньше влиять на удельную скорость всасывания согласно типоразмерам всех насосов в семействе насосов, поскольку конические подводящие каналы согласно разным типоразмерам насосов (наиболее вероятно) имеют разные размеры. Основная причина таких отклонений УСВ заключается в том, что потери, создаваемые подводящими каналами конической формы, изменяются в зависимости от профиля конуса. В соответствии с проведенными расчетами, удельная скорость всасывания центробежных насосов одного известного семейства насосов изменяется в диапазоне ±5-7% около среднего значения УСВ, т.е., суммарное отклонение составляет от 10 до 14%. На практике, это означает серьезные затруднения при определении того, какой насос является идеальным для приложения, предусматриваемого заказчиком.
[0012] Таким образом, ввиду вышеизложенного ясно, что удельные скорости всасывания различных насосов в пределах семейства насосов не должны различаться вовсе, или должны иметь как можно меньшие различия.
[0013] Методом, посредством которого можно было бы справиться с проблемой УСВ, могло бы стать проектирование конического подводящего канала с учетом УСВ, но такое проектирование - помимо прочих проблем - могло бы привести к наличию существенной длины у некоторых сходящихся подводящих каналов, а это означает использование большого количества материала и большой вес, что ведет к повышенным затратам, проблемам монтажа из-за изменяющихся потребностей в пространстве, и т.д., так что это свойство является нежелательным для конструкций насосов.
[0014] Поэтому задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать такой центробежный насос, который пригоден для различных целей и имеет минимальные отклонения удельных скоростей всасывания.
[0015] Другая задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать корпус улитки для центробежного насоса, в котором рабочие характеристики значительно повышены по сравнению с известными техническими решениями.
[0016] Дополнительной задачей данного изобретения является новая конфигурация впускного фланца подводящего канала центробежного насоса.
[0017] Еще одна задача данного изобретения состоит в том, чтобы облегчить крепление центробежного насоса ко впускному трубопроводу посредством усовершенствованной конфигурации фланца без ущерба для профиля потока.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Части рассмотренных выше проблем можно избежать, разрабатывая всю гидравлику насоса таким образом, что через насос будет проходить поток значительно большего объема, вследствие чего больше не потребуется увеличивать диаметр впускного трубопровода, ведущего ко впускному отверстию насоса, а потребуется лишь использовать сужающуюся переходную секцию. Вместе с тем, новая конструкция гидравлики устраняет тот факт, что подводящий канал, сужающийся на конус, имеет либо изменяемую длину (признак, нежелательный из-за внесения изменений в размеры насоса), либо изменяемый угол конуса (оказывающий значительное влияние на потери потока).
[0019] В частности, задача изобретения решается посредством конфигурации подводящего канала для корпуса улитки центробежного насоса, при этом подводящий канал содержит первый конец c первым внутренним диаметром и второй конец со вторым внутренним диаметром, причем второй внутренний диаметр меньше, чем первый внутренний диаметр, при этом подводящий канал имеет площадь проходного сечения, причем между первым концом и вторым концом расположена переходная секция, содержащая кольцевую поверхность, с выпуклой кривизной, сокращающую площадь проходного сечения от первого внутреннего диаметра ко второму внутреннему диаметру, а этот первый внутренний диаметр выбран соответствующим первому имеющемуся в стандарте диаметру трубопровода, большему, чем второй диаметр.
[0020] В данном изобретении упор делается на разработку как можно более короткого подводящего канала центробежного насоса с одновременной минимизацией влияния структуры подводящего канала на УСВ. На практике это означает такую новую конструкцию для сужающейся переходной секции, что подводящий канал - независимо от величины сужения - является коротким, а влияние конструкции переходной секции на УСВ является малым.
[0021] Таким образом, еще одна задача изобретения решается посредством центробежного насоса, содержащего корпус улитки, имеющий подводящий канал, и переходную секцию, выполненную сообщающейся с подводящим каналом. Для изобретения характерно, что переходная секция содержит гладкую поверхность с выпуклой кривизной, являющуюся кольцевой поверхностью, сокращающей площадь проходного сечения в подводящем канале.
[0022] Это обеспечивает семейство центробежных насосов, посредством которого рабочие характеристики насосов значительно повышаются. В этом контексте, «семейство центробежных насосов» следует понимать как семейство центробежных насосов разных типоразмеров, т.е., семейство центробежных насосов - это семейство насосов, состоящее из некоторого количества центробежных насосов разных типоразмеров, но имеющих одинаковую конструкцию гидравлики. Семейство центробежных насосов может содержать, например, десятки центробежных насосов разных типоразмеров. Следует также отметить, что изменение удельной скорости всасывания в семействе обычных центробежных насосов составляет примерно 11%, тогда как УСВ в насосах согласно данному изобретению составляет менее 3%. Следовательно, центробежные насосы, соответствующие изобретению, обеспечивают значительно лучшие характеристики насосов.
[0023] Еще одна задача изобретения решается, по существу, посредством корпуса улитки для центробежного насоса, причем корпус улитки содержит подводящий канал, переднюю стенку и улитку, при этом подводящий канал имеет впускной фланец, площадь проходного сечения и переходную секцию, выполненную сообщающейся с подводящим каналом, при этом переходная секция содержит поверхность S с выпуклой кривизной, являющуюся кольцевой поверхностью, сокращающей площадь проходного сечения.
[0024] Это обеспечивает корпус улитки, посредством которого рабочие характеристики центробежного насоса значительно повышаются. В частности, это обеспечивает выгодную криволинейную структуру для поверхности с выпуклой кривизной, могущую влиять на профиль потока. Авторы данного изобретения заметили, что даже несмотря на внесение этой конструкцией корпуса улитки определенных - малых - потерь, она неожиданно приводит к семейству корпусов улиток, имеющих весьма малые отклонения удельных скоростей всасывания между разными корпусами улиток семейства. Вместе с тем, потери из-за корпуса улитки согласно изобретению весьма малы по сравнению с общим кпд насоса. Это происходит главным образом потому, что нет необходимости оговаривать сколько-нибудь значительный коэффициент запаса или запас для удельных скоростей всасывания, что также делает форму насоса весьма компактной. Это означает, что корпуса улиток в соответствии с изобретением гораздо меньше по своим размерам в сравнении с известными корпусами улиток. Кроме того, меньший корпус улитки в соответствии с изобретением обеспечивает конструкцию насоса, обладающую общим кпд, который является приемлемым или значительно превышающим соответствующий более габаритным известным решениям.
[0025] Этот корпус улитки подходит для семейства насосов, предназначенных для обрабатывающей промышленности, например, целлюлозно-бумажной промышленности. Корпуса улиток семейства насосов пригодны для таких текучих сред, как вода, разбавленная целлюлозная масса или густая целлюлозная масса. Следует также отметить, что термин «направление потока» относится к случаю, когда корпус улитки уже собран в системе насоса, а в частности - когда она находится в эксплуатации. Направление потока - это направление в подводящем канале, идущее от впускного фланца к передней стенке вплоть до второго конца, где второй участок канала соединяется с передней стенкой.
[0026] Таким образом, сборка корпусов улиток и семейства насосов разных типоразмеров, все члены которого имеют очень малые отклонения удельных скоростей всасывания, оказывается простой. Сужающаяся форма на промежуточном участке подводящего канала очень дешева в изготовлении и всегда работает одним и тем же - предсказуемым - образом. Следовательно, потери и отклонения параметров всасывания в корпусах улиток всех различных типоразмеров оказываются, по существу, одинаковыми и поэтому - весьма предсказуемыми. Профиль потока всегда является ускоряющимся. Это также решает проблему необходимости эффективно справляться с разными размерами диаметров в трубопроводах и впускных фланцах.
[0027] Другие отличительные признаки данного изобретения можно увидеть в прилагаемой формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0028] Данное изобретение будет описано ниже со ссылками на прилагаемые возможные схематические чертежи, при этом:
на фиг. 1 изображено осевое сечение корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг. 2 изображено частичное осевое сечение фрагмента Z корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием согласно фиг. 1;
на фиг. 3 изображено частичное осевое сечение фрагмента Z корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг. 4 изображен участок Z корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием в соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг. 5 изображен участок Z корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг. 6 изображено осевое сечение корпуса улитки для центробежного насоса с односторонним всасыванием в соответствии с пятым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;
на фиг. 7 схематически изображено радиальное сечение центробежного насоса в соответствии с шестым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения; и
на фиг. 8 изображена возможная диаграмма гидравлического охвата семейства центробежных насосов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0029] На фиг. 1 схематически изображен общий вид в сечении центробежного насоса, иллюстрирующий корпус 10 улитки, в котором заключено рабочее колесо 30, расположенное с помощью крепежного средства 46 на валу 48. Корпус 10 улитки содержит подводящий канал 12, переднюю стенку 26, обращенную к рабочему колесу 30, и улитку 16 радиально снаружи рабочего колеса 30. Подводящий канал 12 принимает перекачиваемую среду из впускного трубопровода, расположенного выше по течению от насоса, и вводит эту среду в эффективную площадь рабочего колеса 30. Рабочее колесо 30 вращается в насосной полости, ограниченной передней стенкой 26 корпуса 10 улитки, улиткой 16 и задней стеной или крышкой 20 корпуса насоса. Улитка - это внешняя часть насосной полости, в которую рабочее колесо 30 перекачивает среду. Перекачиваемая среда циркулирует (в окружном направлении) в улитке 16 перед тем, как выпускается из насоса через выкидной патрубок или нагнетательный патрубок 64 (показанный на фиг. 7). Иными словами, подводящий канал 12 позволяет перекачиваемой среде попадать в насосную полость.
[0030] Улитка 16 имеет, по существу, кольцевую стенку 18 (в радиальном сечении), начинающуюся от внутренней окружности 22 кольцевой стенки 18, обращенной к задней стенке 20 насоса, и оканчивающуюся в сопряжении 24 с передней стенкой 26 корпуса 10 улитки. Внутренняя окружность 22 и задняя стенка 20 насоса ограничивают центральный задний проем, через который осуществляют сборку рабочего колеса 30, устанавливая его в насосной полости.
[0031] Рабочее колесо 30, изображенное на фиг. 1 как поперечное сечение в плоскости, проходящей вдоль оси рабочего колеса, является так называемым полуоткрытым рабочим колесом, т.е., имеющим ступицу 32 с центральным отверстием 34 для вала 48, рабочие лопатки 36 и задний диск или экран 38. Рабочие лопатки 36 имеют переднюю кромку 40, которая обращена к внутренней поверхности передней стенки 26 корпуса 10 улитки и располагается - когда центробежный насос собран - на определенном расстоянии пробега от передней стенки 26 корпуса 10 улитки и радиально внешней или задней кромки 42, которая обращена к проему для улитки 16 корпуса 10 улитки. Задний диск или экран 38 рабочего колеса 30 имеет внешнюю окружность 44, которая расположена в непосредственной близости к внутренней окружности 22 кольцевой стенки 18 улитки 16. Однако в случае, если рабочее колесо имеет так называемые задние лопатки, которые являются лопатками на задней стороне его заднего диска или экрана 38, внешняя окружность 44 заднего диска 38 оставляет зазор, как в осевом, так и в радиальном направлении, между собой и внутренней окружностью 22 кольцевой стенки 20 улитки 16, чтобы среда, перекачиваемая задними лопатками, попадала в улитку 16. Задняя стенка 20 часто, по существу, параллельна плоскости заднего диска 38. Следует отметить, что возможен любой другой тип полуоткрытого рабочего колеса. Следовательно, тип рабочего колеса ни в коем случае не ограничивается полуоткрытым рабочим колесом. Полуоткрытое рабочее колесо показано здесь лишь исключительно в иллюстративных целях и для пояснения конструкции центробежного насоса.
[0032] В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, подводящий канал 12 преимущественно состоит из трех участков канала: первого участка 50 канала, имеющего первый внутренний диаметр D1, второго участка 52 канала, имеющего второй внутренним диаметр D2, и промежуточного участка или переходной секции 56 между первым участком 50 канала и вторым участком 52 канала. Первый внутренний диаметр D1 первого участка 50 канала ограничивает внутреннюю поверхность 50’ первого участка 50 канала, а второй внутренним диаметр D2 второго участка 52 канала ограничивает внутреннюю поверхность 52’ второго участка 52 канала. Первый внутренний диаметр D1 равен внутреннему диаметру впускного фланца 60 корпуса 10 улитки, как изображено на фиг. 1. Первый внутренний диаметр D1 выбирают так, что он удовлетворяет следующим требованиям: 1) он равен стандартизованному внутреннему диаметру таких трубопроводов или труб, как впускные трубопроводы центробежного насоса, и 2) он равен D2 или первому имеющемуся стандартному диаметру, большему, чем D2. Второй внутренний диаметр D2 равен диаметру впускного или всасывающего отверстия, через которое перекачиваемая среда вводится в эффективную площадь рабочего колеса 30 насоса или в насосную полость.
[0033] Конкретнее, подводящий канал 12 проходит между своим началом на первом своем конце 54 на уровне впускного фланца 60 и вторым концом 58, где подводящий канал 12 соединяется с передней стенкой 26 корпуса 10 улитки. Подводящий канал 12 проходит от своего первого конца 54 к своему второму концу 58 вплоть до промежуточного участка 56, образуя первый участок 50 канала. Второй участок 52 канала имеет свое начало у промежуточного участка 56, от которого он проходит вплоть до своего второго конца 58. Иными словами, первый конец 54 подводящего канала 12 противоположен второму концу 58 подводящего канала 12. Внутренний диаметр второго конца 58 подводящего канала, по существу, равен второму внутреннему диаметру D2. Иными словами, второй конец 58 подводящего канала ограничивает впускное или всасывающее отверстие для введения перекачиваемой среды в эффективную площадь рабочего колеса 30 насоса или в насосную полость. Поэтому можно сказать, что конфигурация подводящего канала содержит начальный участок, образующий первый участок 50 канала, принадлежащий подводящему каналу 12 и имеющий первый внутренний диаметр D1, образуя площадь проходного сечения, и переходную секцию 56, выполненную сообщающейся с начальным участком, образуя промежуточный участок подводящего канала 12. Помимо этого, поскольку второй участок 52 канала расположен непосредственно выше по течению от рабочего колеса и среда вводится в насосную полость через второй участок 52 канала, можно также назвать второй участок 52 канала конечным участком подводящего канала 12.
[0034] Как изображено на фиг. 1, подводящий канал 12 сужается в направлении потока F от первого внутреннего диаметра D1 первого участка 50 подводящего канала ко второму внутреннему диаметру D2 второго участка 52 канала в переходной секции 56 с кольцевой (по существу, непрерывно гладкой) поверхностью S, имеющей выпуклую кривизну и располагающейся вплотную к потоку, т.е., поверхность с выпуклой кривизной сокращает площадь проходного сечения от площади проходного сечения первого участка 50 канала, принадлежащего подводящему каналу 12, до площади проходного сечения второго участка 52 канала, принадлежащего подводящему каналу 12. Как изображено на фиг. 1, длина первого участка 50 канала существенно ороче, чем у второго участка 52 канала.
[0035] Кольцевая поверхность S является выпуклой, располагаясь вплотную к потоку F, и имеет - в этом варианте осуществления - поперечное сечение с первым радиусом R1 относительно центра С поперечного сечения поверхности S, имеющей выпуклую кривизну. Термин «поток F» относится к потоку в подводящем канале, а термин «направление потока» в этом контексте относится к случаю, когда корпус улитки собран в системе насоса, а в частности - когда находится в эксплуатации. В частности, на чертежах направление потока в подводящем канале обозначено символом F. А именно, направление потока F - это направление при движении от впускного фланца 60 к задней стенке 20. Более конкретно, направление потока F - это направление при движении от первого конца 54 ко второму концу 58 подводящего канала 12.
[0036] В данном случае, первый радиус R1 определяется как перпендикулярный внутренней поверхности 52’ второго участка 52 канала. Длина первого радиуса R1 может быть получена как разность первого внутреннего диаметра D1 и второго внутреннего диаметра D2, деленная на два, то есть, (D1-D2)/2. Иными словами, первый радиус R1 поперечного сечения кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной может быть получен как разность между радиусом первого участка 50 канала и радиусом второго участка 52 канала. Иными словами, поверхность S с выпуклой кривизной соединена тангенциально с поверхностью 52’ второго участка 52 канала. Поперечное сечение кольцевой поверхности S имеет второй радиус R2 относительно центра С поперечного сечения поверхности S с выпуклой кривизной, а линия, определяющая второй радиус R2, перпендикулярна линии, определяющей первый радиус R1. Второй радиус R2 определяется как параллельный внутренней поверхности 52’ второго участка 52 канала и внутренней поверхности 50’ первого участка 50 канала. В случае, если первый радиус R1 равен второму радиусу R2, т.е., R1=R2, кольцевая поверхность имеет кривизну поперечного сечения, соответствующую кругу. Поперечное сечение поверхности S с выпуклой кривизной может представлять собой, по существу, четверть круга, имеющего центроид в центре С поверхности S с выпуклой кривизной, как указано на фиг. 1. Это значит, что первый радиус R1 и второй радиус R2 не отличаются друг от друга. В частности, эта четверть круга представляет собой радиальное сечение кольца, которое имеет поперечное сечение круга.
[0037] В соответствии с другим вариантом изобретения, первый участок 50 канала, принадлежащий подводящему каналу 12, предпочтительно может быть существенно коротким, имеющим длину, начинающуюся с 0 mm, возможно - проходящим несколько миллиметров в осевом направлении к рабочему колесу 30 от начала первого конца 54 первого участка 50 канала выше по течению от поверхности S с выпуклой кривизной на промежуточном участке канала или в переходной секции 56. Иными словами, длина первого участка 50 канала применительно к направлению потока F имеет диапазон лишь от нуля миллиметров до нескольких миллиметров. Более конкретно, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, длина первого участка 50 канала меньше, чем длина второго участка 52 канала. Вместе с тем, возможен также случай, в котором длина второго участка канала может составлять ноль миллиметров, вследствие чего подводящий канал - на своем минимуме - содержит лишь поверхность с выпуклой кривизной, которая на своей задней кромке образует впускное отверстие насоса и соединяется с передней стенкой корпуса улитки без какого-либо цилиндрического второго участка канала. Длина первого участка 50 канала предпочтительно на 70%-80% короче, предпочтительнее - на 80%-90% короче или - наиболее предпочтительно - на 90%-100% короче, чем длина второго участка 52 канала. А именно, поверхность S с выпуклой кривизной ускоряет поток всегда одинаково, а желаемый профиль потока получается преимущественно в существенно коротком подводящем канале 12. в соответствии с данным изобретением, первый внутренний диаметр D1 первого участка 50 канала равен выпускному диаметру трубы, подсоединенной ко впускному фланцу 60. Таким образом, текучая среда, текущая из той трубы в подводящий канал 12, ускоряется за счет сокращения диаметра подводящего канала 12 посредством поверхности S с выпуклой кривизной и второго участка 52 канала с меньшим внутренним диаметром D2. На практике, это также означает, что длину подводящего канала 12 можно значительно сократить по сравнению с известными техническими решениями. Это также снижает массу корпуса 10 улитки и тем самым - производственные затраты. Сокращается также осевое пространство, необходимое насосу.
[0038] Как изображено на фиг. 1, ни ступица 32 рабочего колеса 30, ни ее крепежное средство 46 не заходят в промежуточный участок 56 после их сборки в корпусе 10 улитки. Таким образом, профиль потока предпочтительно создается в подводящем канале 12, главным образом или предпочтительнее - просто поверхностью S с выпуклой кривизной на промежуточном участке 56, вследствие чего на втором участке 52 канала получается улучшенный профиль потока.
[0039] На фиг. 2 показан участок Z осевого сечения корпуса улитки в соответствии с фиг. 1. Изображенный угол α - это угол между внутренней поверхностью 50’ первого участка 50 канала и касательной T к поверхности S с выпуклой кривизной. Касательная T к поверхности S с выпуклой кривизной проходит через пересечение ℓ1 поверхности S с выпуклой кривизной и поверхности 50’ первого участка 50 канала, как изображено на фиг. 2. Иными словами, точка касания находится в пересечении ℓ1 поверхности 50’ первого участка 50 канала и поверхности S с выпуклой кривизной. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, угол α находится в диапазоне 90°-110°. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения, угол α составляет 90°, а поверхность S с выпуклой кривизной имеет поперечное сечение в 2-мерном пространстве, которое представляет собой четверть круга. Центроид этой четверти круга находится в центре С кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной. Следует отметить, что первый внутренний диаметр D1 (показанный на фиг. 1) первого участка 50 канала является постоянным, а это значит, что первый участок 50 канала не сужается или не расширяется в направлении потока F (показанном на фиг. 1 - слева направо).
[0040] В частности, как можно заметить из фиг. 2, угол α составляет 90°, поперечное сечение поверхности S с выпуклой кривизной является поперечным сечением в 2-мерном пространстве, которое представляет собой четверть круга. Поперечное сечение кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной, по существу, представляет собой четверть круга, имеющего центроид в центре С поверхности S с выпуклой кривизной. Говоря обобщеннее, поперечное сечение поверхности с выпуклой кривизной представляет собой часть круга, а первый радиус R1 можно назвать радиусом кривизны.
[0041] На фиг. 3 изображен участок Z осевого сечения корпуса улитки в соответствии со вторым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. В этом варианте осуществления, поверхность S с выпуклой кривизной тоже соединяется тангенциально с поверхностью 52’ второго участка 52 канала. Изображенный угол α - это угол между внутренней поверхностью 50’ первого участка 50 канала и касательной T к поверхности S с выпуклой кривизной. Касательная T к поверхности S с выпуклой кривизной проходит через пересечение ℓ1 поверхности S с выпуклой кривизной и поверхности 50’ первого участка 50 канала, как изображено на фиг. 3. В этом варианте осуществления угол α равен 90°. Однако первый радиус R1 поперечного сечения кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной отличается от второго радиуса R2 поперечного сечения кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной. В частности, в этом варианте осуществления кольцевая поверхность S с выпуклой кривизной имеет поперечное сечением в 2-мерном пространстве, которое представляет собой четверть эллипса. Центроид этого эллипса находится в центра С поперечного сечения поверхности S с выпуклой кривизной.
[0042] На фиг. 4 изображен участок Z осевого сечения корпуса улитки в соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения, а конкретнее - изображено поперечное сечение кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной, где угол α больше 90°, но меньше 110°. В частности, на рассматриваемом чертеже подробно показано, как определяется касательная T. Поперечное сечение кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной представляет собой1, по существу, часть эллипса, имеющего центроид C. Пунктирная линия схематически ограничивает весь эллипс Е, а поперечное сечение кольцевой поверхности ограничено участком эллипса E, т.е., поперечным сечением поверхности S с выпуклой кривизной в 2-мерном пространстве. Следовательно, можно определить касательную T, имеющую угол α и имеющую точку касания в упомянутой части эллипса, находящуюся в пересечении ℓ1 поверхности 50’ первого участка 50 канала и поверхности S с выпуклой кривизной. В данном случае, поверхность S с выпуклой кривизной тоже соединяется тангенциально с поверхностью 52’ второго участка 52 канала.
[0043] Аналогичным образом, возможен случай, когда поперечное сечение поверхности S с выпуклой кривизной, по существу, является частью круга, имеющего центроид С поверхности S с выпуклой кривизной, как показано на фиг. 5, где изображен участок Z осевого сечения корпуса улитки в соответствии с четвертым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Угол α больше 90°, но меньше или равен 110°, а часть круга меньше, чем четверть полного круга. Полный круг Ci (меньший) обозначен пунктирной линией на фиг. 5. В данном случае, поверхность S с выпуклой кривизной тоже соединяется тангенциально с поверхностью 52’ второго участка 52 канала.
[0044] На фиг. 6 изображен участок Z осевого сечения корпуса улитки в соответствии с пятым предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения. Иными словами, на фиг. 6 изображен общий вид в сечении центробежного насоса, включающего в себя корпус 10 улитки, имеющий фланец 600 на втором участке 520 канала, принадлежащего подводящему каналу, для крепления к нему промежуточного фланцевого элемента 80. Фланцевый элемент 80 содержит переходную секцию или промежуточный участок 560 канала с кольцевой поверхностью S с выпуклой кривизной. Назначением фланцевого элемента 80 является действие в качестве переходника между фланцем стандартизованного трубопровода и фланцем 600 корпуса улитки. В данном случае, поверхность S с выпуклой кривизной тоже соединяется тангенциально с поверхностью 520’ второго участка 520 канала.
[0045] Более конкретно, подводящий канал 12 центробежного насоса в этом варианте осуществления состоит из трех участков канала: первого участка 500 канала, имеющего первый внутренний диаметр D1, второго участка 520 канала, имеющего второй внутренний диаметр D2, и промежуточного участка канала или переходной секции 560 между первым участком 500 канала и вторым участком 520 канала. Однако первый участок 500 канала и переходная секция или промежуточный участок 560 расположены в отдельном фланцевом элементе 80. Иными словами, можно сказать, что фланцевый элемент 80 содержит переходную секцию 560. Переходная секция или - иными словами - промежуточный участок 560 содержит кольцевую поверхность S с выпуклой кривизной, которая является кольцевой поверхностью, выпуклой к направлению потока F, тем самым обеспечивая профиль ускоренного потока в подводящем канале центробежного насоса и обеспечивая удельную скорость всасывания, являющуюся, по существу, неизменной в разных насосах семейства центробежных насосов.
[0046] Первый внутренний диаметр D1 первого участка 500 канала ограничивает внутреннюю поверхность 500’ первого участка 500 канала, а второй внутренний диаметр D2 второго участка 520 канала ограничивает внутреннюю поверхность 520’ второго участка 520 канала. Помимо этого, первый внутренний диаметр D1 первого участка 500 канала больше, чем второй внутренний диаметр D2 второго участка 520 канала. Фланцевый элемент 80 установлен с возможностью замены на впускной фланец 600 корпуса 10 улитки.
[0047] В этом варианте осуществления, показанном на фиг. 6 как поперечное сечение в aплоскости, идущей вдоль оси рабочего колеса, первый конец 540 первого участка 500 канала имеет свое начало на уровне конца фланцевого элемента 80 выше по течению от переходной секции 560 в направлении потока F. На фиг. 6 также изображен второй конец 580, где подводящий канал 12 соединяется с передней стенкой 26 корпуса 10 улитки.
[0048] С целью ясности изображения, на фиг. 1-5 показаны отверстия 62 и уплотняющее средство 14, используемые при креплении впускного трубопровода посредством его фланца (не показан) к фланцевому элементу 80 и к корпусу 10 улитки. Фланцевый элемент 80 согласно фиг. 6 может содержать аналогичные уплотнительные элементы, но они не показаны.
[0049] На фиг. 7 схематически изображено радиальное сечение корпуса 10 улитки центробежного насоса. Фиг. 7 иллюстрирует улитку 16, откуда должен происходить выпуск среды в нагнетательный патрубок или выкидную трубу 64 с целью выпуска перекачиваемой среды из насоса. Поперечное сечение нагнетательного патрубка 64, в принципе, является круглым, за счет чего общая форма патрубка - вплоть до концевого фланца - является конической. На фиг. 7 также показаны рабочие лопатки 36 в рабочем колесе 30, внешние кромки 42 рабочих лопаток 36, или внешняя кромка заднего диска 38.
[0050] На фиг. 8 схематически изображена общая диаграмма гидравлического охвата обычного семейства центробежных насосов при постоянном значении количества оборотов в минуту. По горизонтальной оси показана производительность Q, а по вертикальной оси - напор H. Более конкретно, оси показанные на фиг. 8, представлены в логарифмическом масштабе, т.е., диаграмма построена в логарифмическом масштабе по обеим осям. Обычно семейство состоит из насосов разных типоразмеров, имеющих разные гидравлические охваты, как изображено на фиг. 8. Некоторые из кривых охвата разных насосов перекрываются. В качестве примера, некоторые графики гидравлического охвата насосов трех разных типоразмеров обозначены буквами «а», «b» и «c». С помощью общей диаграммы гидравлического охвата заказчик сможет правильно выбрать насос для своих нужд, и с помощью общей диаграммы гидравлического охвата можно рассчитать удельные скорости всасывания. А именно, общая диаграмма гидравлического охвата также может показать точки наивысшего кпд.
[0051] Когда семейство центробежных насосов состоит из конструкций корпусов улиток, показанных на фиг. 1-6, в которых переходная секция содержит поверхность выпуклой кривизны, сокращающую проходную площадь поперечного сечения, это обеспечивает, по существу, постоянную удельную скорость всасывания, изменение которой в семействе центробежных насосов составляет менее 3%, предпочтительно - менее 2%, а наиболее предпочтительно - менее 1%. Изменение величиной 3% означает, что семейство центробежных насосов имеет среднюю УСВ и что УСВ всякого и каждого отдельного насоса в семействе находится в пределах (средняя УСВ ±1,5%).
[0052] В качестве примера, соответствующего варианту осуществления данного изобретения, семейство центробежных насосов имеет удельную скорость всасывания в диапазоне 270-275, когда ее вычисляют в единицах СИ, то есть, изменение удельной скорости всасывания составляет примерно 1,8%. С другой стороны, удельная скорость всасывания в соответствующем семействе обычных центробежных насосов находится в диапазоне 255-285, когда ее вычисляют в единицах СИ, то есть, изменение удельной скорости всасывания составляет примерно 11%.
[0053] Одни и те же признаки на чертежах показаны с помощью одних и тех же позиций. Следует отметить, что на чертежах показаны только детали, необходимые для изобретения, а корпус улитки содержит несколько деталей. Например, корпус улитки может содержать износостойкий диск, обращенный к передним кромкам рабочих лопаток рабочего колеса подобно передней стенке 26 согласно фиг. 1, при этом износостойкий диск является сменным и регулируемым в осевом направлении диском, который проходит от подводящего канала 12 вплоть до кольцевой стенки 18 улитки. Назначением износостойкого диска является защита самого корпуса 10 улитки при перекачивании такой среды, которая склонна изнашивать компоненты, используемые для перекачивания. Другим назначением износостойкого диска является предоставление возможности регулировать рабочий зазор рабочего колеса 30. Кроме того, следует отметить, что улитка 16 может состоять из двух отдельных частей, т.е., кольцевая стенка 18 может состоять из двух частей. В последнем случае диаметр проема задней стенки может быть меньше, чем диаметр рабочего колеса 30.
[0054] Следует отметить, что в этом контексте поперечное сечение кольцевой поверхности S с выпуклой кривизной в 2-мерном пространстве во всех рассмотренных вариантах осуществления данного изобретения представляет собой либо часть круга, либо часть эллипса, либо любую комбинацию этих частей. Часть поперечного сечения предпочтительно меньше или равна четверти круга или четверти эллипса. Поверхность S с выпуклой кривизной образует кольцевую поверхность, выпуклую к направлению потока F.
[0055] Хотя изобретение описано здесь на примерах в связи с теми вариантами осуществления, которые в настоящее время считаются наиболее предпочтительными, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а считается охватывающим различные комбинации и модификации своих признаков, а в рамках объема притязаний изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения, находятся и несколько других приложений. Подробности, упомянутые выше в связи с каким-либо вариантом осуществления, можно использовать в связи с другим вариантом осуществления, когда такая комбинация технически жизнеспособна.
1. Конфигурация подводящего канала для корпуса улитки центробежного насоса, при этом подводящий канал (12) содержит первый конец (54; 540) c первым внутренним диаметром D1 и второй конец (58; 580) со вторым внутренним диаметром D2, причем второй внутренний диаметр D2 меньше, чем первый внутренний диаметр D2, при этом подводящий канал имеет площадь проходного сечения, причем между первым концом (54; 540) и вторым концом (58; 580) расположена переходная секция (56; 560), а упомянутая конфигурация отличается тем, что подводящий канал (12) имеет первый участок (50; 500) канала с поверхностью (50’; 500’) и первым внутренним диаметром D1 и кольцевую поверхность (S) с выпуклой кривизной, соединяющуюся под углом (α) с поверхностью (50’; 500’) первого участка (50; 500) канала, при этом угол (α) находится в диапазоне 90-110° между поверхностью (50’; 500’) первого участка (50; 500) канала и касательной (T) к поверхности (S) с выпуклой кривизной, причем эта касательная имеет точку касания в пересечении (ℓ1) поверхности (50’; 500’) первого участка (50; 500) канала и поверхности (S) с выпуклой кривизной, при этом кольцевая поверхность (S) с выпуклой кривизной сокращает площадь проходного сечения от первого внутреннего диаметра D1 ко второму внутреннему диаметру D2, а первый внутренний диаметр D1 выбран соответствующим первому имеющемуся в стандарте диаметру трубопровода, большему, чем второй диаметр D2.
2. Конфигурация подводящего канала по п. 1, отличающаяся тем, что подводящий канал (12) содержит между переходной секцией (56; 560) и вторым концом (58; 580) второй участок (52; 520) канала, имеющий второй внутренний диаметр D2.
3. Конфигурация подводящего канала по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что подводящий канал (12) содержит между первым концом (54; 540) и переходной секцией (56; 560) первый участок (50; 500) канала, имеющий первый внутренний диаметр D1.
4. Конфигурация подводящего канала по п. 3, отличающаяся тем, что у первого участка (50; 500) канала, принадлежащего подводящему каналу (12), имеется фланец (60).
5. Конфигурация подводящего канала по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что на первом конце (54) подводящего канала (12) имеется фланец (60).
6. Конфигурация подводящего канала по п. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что имеется отдельный фланцевый элемент (80), содержащий первый конец (540) и переходную секцию (560).
7. Конфигурация подводящего канала по пп. 2 или 3 и 6, отличающаяся тем, что второй участок (520) канала имеет фланец (600) для подсоединения к нему отдельного фланцевого элемента (80).
8. Конфигурация подводящего канала по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что поверхность (S) с выпуклой кривизной имеет поперечное сечение в осевой плоскости, являющееся частью круга, частью эллипса или комбинацией этих частей.
9. Конфигурация подводящего канала по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что поверхность (S) с выпуклой кривизной соединяется тангенциально с внутренней поверхностью (52’; 520’) второго участка (52; 520) канала.
10. Конфигурация подводящего канала по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первый участок (50; 500) канала короче, чем второй участок (52; 520) канала.
11. Фланцевый элемент, предназначенный для расположения между впускным трубопроводом и впускным фланцем центробежного насоса, причем этот фланцевый элемент (80) имеет площадь проходного сечения, при этом фланцевый элемент (80) имеет первый внутренний диаметр D1 и второй внутренний диаметр D2, причем первый внутренний диаметр D1 соответствует первому имеющемуся в стандарте диаметру трубопровода, большему, чем второй диаметр D2, а фланцевый элемент (80) отличается тем, что имеет первый участок (500) канала, имеющий поверхность (50’; 500’) и первый внутренний диаметр D1, и кольцевую поверхность (S) с выпуклой кривизной для сокращения площади проходного сечения от первого внутреннего диаметра D1 ко второму внутреннему диаметру D2, при этом кольцевая поверхность (S) с выпуклой кривизной соединяется под углом (α) с поверхностью (50’; 500’) первого участка (500) канала, при этом угол (α) находится в диапазоне 90-110° между поверхностью (50’; 500’) первого участка (50; 500) канала и касательной (T) к поверхности (S) с выпуклой кривизной, причем эта касательная имеет точку касания в пересечении (ℓ1) поверхности (50’; 500’) первого участка (50; 500) канала и поверхности (S) с выпуклой кривизной.
12. Фланцевый элемент по п. 11, отличающийся тем, что второй диаметр D2 соответствует впускному диаметру центробежного насоса.
13. Корпус улитки центробежного насоса, содержащий конфигурацию подводящего канала по любому из предыдущих пп. 1-10.
14. Центробежный насос, содержащий конфигурацию подводящего канала по любому из предыдущих пп. 1-10.
